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ANÁLISE DE UM CASO DE CHUVAS INTENSAS EM PELOTAS-RS USANDO O MODELO MM5
Yoshihiro Yamazaki1, Maria Helena de Carvalho2, Maria de Los Dolores Manso Orgaz3
ABSTRACT
Mesoscale systems that occur very often, especially during summer seasons, over Rio Grande do
Sul State and its vicinities, produce very intense rainfalls. These summer events are not easy to be
predicted, mainly by global numerical models. In February 2003, particularly between the 3rd and
the 5th days, very intense rainfalls were observed at weather stations in the Rio Grande do Sul state.
It is performed a description of the synoptic condition during the period in which the event was
observed and the PSU/NCAR tri-dimensional mesoscale non-hydrostatic model, with three nested
grids, which is known as MM5, version 3.6, is used to simulate and reproduce the event of strong
precipitation that occurred in Pelotas city and its vicinities. The analysis results revealed that the
model performance is very promising, showing its high potentiality in providing forecasts with a
good time and spatial resolution over southern Brazil.
RESUMO
Os sistemas de mesoescala que ocorrem muito freqüentemente, especialmente durante o verão,
sobre o Rio Grande do Sul e suas vizinhanças, produzem chuvas que são muito intensas, ou até
mesmo torrenciais. Esses eventos de verão não são fáceis de serem previstos, especialmente pelos
modelos globais de previsão do tempo. No mês de fevereiro de 2003, entre os dias 3 e 5 em
particular, ocorreram chuvas torrenciais que foram constatadas pelas observações de superfície
localizadas no Estado do Rio Grande do Sul. É realizada uma descrição da situação sinótica do
período em que foi observado o evento e o modelo de mesoescala PSU/NCAR, tridimensional,
hidrostático, com três grades aninhadas, mais conhecido como MM5, versão 3.6, é utilizado para
simular e reproduzir o evento da chuva torrencial que ocorreu nas proximidades da cidade de
Pelotas. Os resultados das análises revelam que a performance do modelo foi muito promissora,
mostrando sua grande potencialidade em fornecer prognósticos com boa resolução temporal e
espacial sobre a Região Sul do País.
1 Universidade de Aveiro, Departamento de Física, Campus Santiago, Aveiro 3810-193, Aveiro, Portugal; e-mail: [email protected] Federal de Pelotas/FMet/Departamento de Meteorologia, Campus Universitário – 96010-900 Pelotas - RS - Brasil; e-mail: [email protected]; tel.: (53) 277-66903Universidade de Aveiro, Departamento de Física, Campus Santiago, Aveiro 3810-193 , Aveiro, Portugal; e-mail: [email protected]
INTRODUÇÃO
O Estado do Rio Grande do Sul é, em certas ocasiões, sujeito a adversidades que resultam de
manifestações atmosféricas atípicas que se enquadram, dentre outras, entre os fenômenos de
mesoescala. Elas se desenvolvem de forma distinta e apresentam escalas típicas entre a mesogama
(2 a 20 km) e a mesobeta (20 a 200 km), definidas por Orlanski (1975). Devido à natureza
localizada de algumas delas, estas podem ser classificadas como tempestades anomalamente severas
(TAS) e apresentam desafios à capacidade de prover uma previsão detalhada, com uma
antecedência suficiente que possibilite a tomada de medidas preventivas contra os eventuais danos
econômicos e sociais. A impossibilidade de os modelos numéricos de grande escala simularem
adequadamente diversos efeitos localizados, que ocorrem nas mais variadas regiões do globo,
associada ao rápido aumento dos recursos computacionais, vem facilitando e crescentemente
induzindo o emprego de modelos de mesoescala para melhorar os conhecimentos sobre esses
eventos anormais e severos e até mesmo para utilização como uma ferramenta operacional
necessária e imprescindível. Não obstante, reconhece-se também que esses modelos ainda
apresentam dependências relacionadas não apenas com a física parametrizada que incorporam, mas
também com a região sobre a qual o modelo é configurado (domínio do modelo), além de outras
associadas com o processamento do modelo, como as condições de contorno (Pielke, 2002). Para o
desenvolvimento de estudos sobre esses eventos, foi implementado o sistema de modelagem MM5,
bem como foram desenvolvidos sistemas que permitem realizar a análises e as interpretações
gráficas dos resultados do modelo.
O conceito de vorticidade potencial foi introduzido por Ertel (1942) e é fundamental na
compreensão das dinâmicas da atmosfera, especialmente na interpretação dos resultados de modelos
numéricos e tem sido muito utilizado como ferramentas diagnóstica e prognóstica (Hoskins et al.,
1985; Pedlosky, 1979). De fato, a vorticidade potencial, no caso de uma atmosfera adiabática e sem
atrito, é conservada e tem também outras propriedades inerentes, que são a sua irreversibilidade em
um sistema balanceado, além da sua impermeabilidade. Quando a umidade é muito importante, a
ponto de não poder ser desprezada, como no estudo de chuvas torrenciais, o conceito de vorticidade
potencial é mantido, exceto que a temperatura potencial é substituída pela temperatura potencial
equivalente. Bennetts et al. (1979) deduziram a expressão para a vorticidade potencial do bulbo
úmido e Wu et al. (1998, 1995, 1997, 1999, 2001), para a temperatura potencial equivalente,
mostrando inclusive que, para uma atmosfera adiabática saturada e sem atrito, ela é conservada.
Segundo Gao et al. (2002), a vorticidade potencial úmida, anomalamente induzida pelo
aquecimento e pela forçante da massa durante chuvas torrenciais, é um bom “tracer” para rastreio
de regiões com chuvas torrenciais; ela pode também ser útil na previsão de chuvas torrenciais. Peng
et al. (2003) mostram que, em sua nova proposição, “Up-Sliding Slantwise Vorticity Development”
(USDV), quando uma parcela de ar acompanha uma superficie isentrópica inclinada de forma
positiva, a componente vertical da vorticidade relativa aumenta e quanto mais inclinada for, mais
violenta será sua variação. E mostram também que a própria definição da vorticidade potencial
úmida engloba a forçante da massa, que explicitamente inclui os efeitos das forçantes externas, tais
como variações da estabilidade, baroclinicidade e cisalhamento vertical do vento horizontal, além
de forçantes externas, tais como aquecimento, atrito, e forçantes de massa. A condição da teoria da
USDV, por eles desenvolvida, denota que ela é satisfeita na frente da tempestade de chuva de
mesoescala no sentido ao longo do vento, ou seja, que é importante ao desenvolvimento e
movimento desse tipo de sistemas.
É apresentada uma descrição sinótica do período entre 3 e 5 de fevereiro de 2003, quando
ocorreram chuvas intensas em Pelotas e vizinhanças. São apresentadas também as configurações
usadas para simular e reproduzir a situação observada com o modelo MM5. Esse evento foi
selecionado por se tratar de uma ocorrência de verão, época em que os modelos de previsão de
tempo apresentam, em geral, um nível de erro relativamente maior, comparado àqueles de inverno.
A descrição engloba sucintamente o sumário do sistema MM5 implantado, os procedimentos e
processos incluídos e os resultados das análises. Um detalhamento mais geral sobre o modelo, bem
como uma informação geral sobre o sistema de modelagem, suas aplicações e suporte aos usuários,
podem ser obtidos junto à Divisão da Meteorologia de Mesoescala e Microescala (MMM) do
Centro Nacional para Pesquisas Atmosféricas (NCAR) na página da WEB do MM5 (URL:
http://www.mmm.ucar.edu/mm5/doc.html).
DADOS E METODOLOGIA
O modelo foi inicializado e re-alimetado com os campos das previsões do modelo espectral
do Systema de Previsão Global (GFS –“Global Forecast System”), mais conhecido como modelo
AVN (Aviation Model) do NCEP (National Centers for Environmental Prediction) /EUA. Os
resultados das previsões do modelo AVN das 00 UTC válidas para um período de 72 horas, foram
obtidas por meio do protocolo de transferência de arquivos, para cada 6 horas. Além desses dados,
foram também utilizados os de temperatura da superfície do mar e de cobertura de neve, também
disponibilizados pelo NCEP, de 6 em 6 horas.
A análise sinótica também foi realizada com base em campos de vários parâmetros
meteorológicos obtidos das análises do NCEP (00 UTC), para o período entre os dias 03 e 05 de
fevereiro de 2003. Os campos analisados foram: pressão ao nível médio do mar, altura
geopotencial, temperatura, divergência, vorticidade, advecção de temperatura, advecção de
vorticidade, umidade relativa e vento. Estes dados fazem parte do arquivo de dados do CPPMet
(Centro de Pesquisas e Previsões Meteorológicas) da Universidade Federal de Pelotas. Usaram-se
também imagens do satélite GOES-8, no espectro infravermelho, com um intervalo máximo de 01
hora entre elas, do mesmo período citado anteriormente. Estas imagens foram obtidas na página do
CPTEC na WEB: http://www.cptec.inpe.br. Os diagramas termodinâmicos e índices de
instabilidade usados no trabalho, os quais foram calculados com dados da estação do Aeroporto
Salgado Filho em Porto Alegre estão disponíveis na página do Departamento de Ciências
Atmosféricas da Universidade de Uyoming na WEB:http://weather.uwyo.edu
Os dados que permitiram identificar o evento com precipitações intensas, analisado neste
trabalho, bem como os pluviogramas do período escolhido, foram fornecidos pela Estação
Agroclimatológica de Pelotas (Convênio EMBRAPA/UFPel). O período escolhido (de 03 a 05 de
fevereiro de 2003) apresentou um total de precipitação de 110,6 mm, quando a precipitação normal
(média calculada com dados do período entre 1971 e 2000), para o mês de fevereiro, é 153,3 mm.
SISTEMA DE MODELAGEM
O MM5 constitui a parte da previsão numérica do tempo do sistema de modelagem
propriamente dito. Ele vem sendo utilizado para um amplo espectro de estudos teóricos e em tempo
real, incluindo aplicações de simulações de previsão e sistemas de assimilação de dados em 3 e 4
dimensões. Nas menores escalas meso-beta e meso-gama (2 a 200 km), ele vem sendo utilizado
para estudos, dentre outros, envolvendo sistemas convectivos, frentes, brisas, circulação vale-
montanha e ilhas de calor. O modelo é não-hidrostático e descrito pelas equações básicas, em
coordenadas (x,y,σ). As equações prognósticas para o vapor d’água e variáveis microfísicas, tais
como nuvens e precipitações, também são incorporadas no modelo e elas incluem tanto os termos
de advecção como as várias formas de fontes e sumidouros. As equações são colocadas na forma
de diferenças finitas, usando a grade tipo B de Arakawa e são integradas por um esquema de
segunda ordem centrado, representando os gradientes, exceto para o termo da precipitação que
emprega o esquema de primeira ordem na direção do escoamento, “upstream” (Arakawa e Lamb,
1977; Grell et al., 1994). O esquema de integração em tempo é o de leapfrog, de segunda ordem,
com um filtro para controlar o modo computacional, não obstante alguns termos sejam manipulados
com esquemas de “time-splitting”. Maiores detalhes sobre o modelo são apresentados por Dudhia et
al. (2002).
Configurações Básicas do Modelo
O modelo MM5 foi processado estabelecendo-se três domínios aninhados (D1, D2, D3), cujas
áreas de cobertura são apresentadas na Figura 1; 25 níveis na vertical (24 camadas sigma), com
maiores resoluções próximo à superfície. O topo da atmosfera foi delimitado em 200 hPa. O centro
do D1 foi estabelecido em 30,1° de Latitude Sul e 57,3° de Longitude Oeste. A Tabela 1 apresenta a
resolução horizontal aproximada, pré-estabelecida, de cada um dos domínios de integração; o
número de pontos de grade ao longo das direções leste-oeste e norte-sul; o passo de tempo de
integração e a resolução dos dados de topografia e uso do solo.
Tabela 1
Figura 1 - Domínios de integração do modelo MM5
Parametrizações
Domínios do modelo MM5 D1 D2 D3Resolução Horizontal (km) 81 27 9Pontos de Grade Leste-Oeste 57 58 94Pontos de Grade Norte-Sul 39 55 73Topogr. e Uso do Solo (km) 56 19 9Passo de tempo (segundos) 240 80 26,6
Para o estabelecimento dos esquemas de parametrização cumulus nos três domínios do
modelo é necessário ter conhecimento sobre as possíveis alternativas, bem como sobre os aspectos
técnicos que dizem respeito às suposições pertinentes de cada esquema (e.g. Kuo, 1965, 1974;
Grell, 1991, 1993; Anthes, 1977; Arakawa et al., 1974; Betts et al., 1986; Fritsch et al, 1980, 1993;
Kain et al., 1993). O modelo apresenta diferentes opções para o estabelecimento de parametrizações
de nuvens cumulus. Entretanto, tendo em vista que os resultados obtidos por Yamazaki et al. (2003)
revelaram que as que produziram melhores resultados nas simulações realizadas, dentre as possíveis
combinações dos vários esquemas, foram a de Kain-Fritz para os domínios D1 e D2, e a de Grell
para o domínio D3, elas também foram aqui estabelecidas. As outras parametrizações estabelecidas
nos processamentos incluem: a de Hong-Pan (1996), também conhecida como esquema MRF, para
a camada limite planetária; o esquema de microfísica de Dudhia para os domínios D1 e D2 e de
Reisner para o domínio D3 e o esquema de radiação de Dudhia.
DESCRIÇÃO SINÓTICA DO EVENTO
Na imagem do dia 03 de fevereiro de 2003, às 00:13 UTC (Figura 2), observa-se uma banda
de nebulosidade associada a uma frente fria, cuja extremidade atinge o nordeste do Rio Grande do
Sul (RS) e uma outra banda localizada sobre o Uruguai e o nordeste da Argentina. Nesta última
região, na imagem das 12:09 UTC a atividade convectiva era bem intensa.
Com a aproximação da frente que estava sobre o Uruguai, a partir da imagem das 15:39
UTC, observa-se o início da formação de nuvens convectivas sobre o Rio Grande do Sul. No dia 04
Figura 2 – Imagem no Infravermelho do Figura. 3 - Imagem no Infravermelho do satélite
satélite GOES-8, 03/02/2003 00:13 UTC. GOES-8, 04/02/2003, 21:09 UTC.
de fevereiro de 2003, uma nova frente fria deslocou-se sobre a Argentina e na imagem das 17:09
UTC, verificam-se alguns aglomerados convectivos sobre o nordeste e o sudeste do Rio Grande do
Sul. Neste horário, a frente localizava-se sobre a região um pouco ao norte do Golfo de São Matias,
Argentina. O desenvolvimento convectivo continuou sobre o estado e às 21:09 UTC (Figura 3)
praticamente todo o litoral leste do RS apresentava nuvens de desenvolvimento vertical. A atividade
convectiva se intensificou e a partir de então todo o litoral sul do RS encontrava-se sob nuvens
convectivas. Esta situação foi observada nas imagens posteriores, até as 02:39 UTC do dia 05 de
fevereiro.
A maior precipitação, neste dia 04 (total diário de 50,8 mm), foi registrada no período entre
17 e 21 horas (hora local). No mapa de pressão ao nível do mar gerado pelo modelo MM5 para as
00 UTC deste dia (Figura 4), observa-se um cavado no oceano Atlântico, na direção do litoral sul
do RS, o qual dava suporte à frente fria que estava localizada sobre o oceano. Os dados de análise
do NCEP (UTC) mostram para este dia que havia convergência e vorticidade ciclônica nos baixos
níveis sobre o Rio Grande do Sul. As linhas de corrente para o nível de 850 hPa indicam um
escoamento de noroeste atingindo o RS com magnitude do vento superior a 20 m/s e trazendo ar
mais quente para a região. Além disso, havia uma advecção de vorticidade ciclônica em 500 hPa, na
região de Pelotas. Vários índices de instabilidade calculados com dados da estação de
radiossondagem do Aeroporto Salgado Filho, em Porto Alegre e disponibilizados pela Universidade
do Wyoming indicavam a que a atmosfera na região estava propícia à formação de nuvens
convectivas.
No dia 5 de fevereiro, a frente fria que estava sobre a Argentina no dia anterior, deslocou-se
para o oceano. As nuvens convectivas voltaram a se desenvolver no RS somente a partir das 17
UTC. Às 20:39 UTC nuvens de desenvolvimento vertical já ocupavam boa parte do estado, sob a
forma de pequenos aglomerados. Às 23:39 UTC (Figura 5) existia um aglomerado maior sobre o
litoral norte e outro menor no litoral sul do RS. A atividade convectiva sobre o litoral diminuiu após
este horário. O campo de pressão ao nível do mar obtido das análises do NCEP, para as 00 UTC
(Figura 6), mostra um cavado de pequena amplitude sobre o RS. Também analisando os dados do
NCEP, encontrou-se convergência e vorticidade ciclônica em 1000 hPa e advecção de vorticidade
ciclônica, em 500 hPa. na região. É importante ressaltar que o campo de pressão ao nível do mar
previsto pelo modelo MM5 para vinte quatro horas, a partir das 00 UTC do dia 04 mostrava a
presença deste cavado (Figura 7). O escoamento em 850 hPa ainda era de noroeste, mas a
magnitude do vento foi menor do que no dia anterior. Os índices de instabilidade mostram que a
atmosfera apresentava-se muito instável, tanto às 00 UTC, como às 12 UTC. A maior parte das
chuvas ocorreu entre 15 e 21 horas (38 mm).
Figura 4 – Campo da pressão ao nível médio do Figura 5 – Imagem no infravermelho domar gerado pelo MM5, análise 04/02/2003, 00 UTC. GOES-8, 05/02/2003, 23:39 UTC
Figura 6 – Pressão reduzida ao nível do mar,
análise do NCEP, para o dia 05 de fevereiro de
2003, 00 UTC.
Figura 7 – Pressão reduzida ao nível do mar - previsão
de 24 horas obtida com o Modelo MM5, para o dia
05 de fevereiro de 2003, 00 UTC.
RESULTADOS OBTIDOS COM O MODELO MM5
Secções Verticais e Precipitações
Na Figura 10 são apresentadas as topografias dos três domínios, bem como as retas, indicadas
nas figuras por X-1, X-2 e X-3, ao longo das quais se procederam as secções verticais para as
devidas análises dos resultados. Nas secções verticais, o campo da refletividade se refere à
simulação da refletividade do radar, baseado na razão de mistura da chuva e dos cristais de gelo,
considerando a distribuição do tamanho de hidrometeoros proposto por Marshall-Palmer; a
vorticidade potencial úmida é apresentada segundo a formulação hidrostática. A Figura 10-c mostra
claramente que o Estado do Rio Grande do Sul, e em particular a metade sul, apresenta uma
topografia relativamente plana e, por conseguinte, não se pode esperar que as precipitações que
ocorrem nessa região sejam devidas a efeitos orográficos locais. Sendo plana, a região apresenta
áreas que são comumente empregadas para plantio de arroz e, portanto, com muitos canais e açudes
que, certamente, são grandes provedores de vapor d’água para a atmosfera, especialmente durante o
verão, atuando, portanto, como fontes adicionais de energia que, se pressupõe, justificam o grande
número de formação de complexos convectivos de mesoescala durante o verão.
(a) (b) (c)
Fig. 10 - Topografia e linhas X-1, X-2 e X-3, ao longo das quais foram construídas secções verticais, nos domínios D1 (a), D2 (b) e D3 (c).
Análises das Secções Verticais
Uma forte corrente ascendente é observada sobre o Uruguai, às 14 UTC do dia 04 de fevereiro
de 2003, a qual vai se enfraquecendo com o tempo, conforme ilustrado na Figura 11. As linhas de
temperatura potencial equivalente, com ramos que divergem verticalmente com a redução da
pressão nos baixos níveis sobre o Uruguai e convergem com o aumento da pressão sobre o Oceano
Atlântico, apresentam na parte superior do arco, uma vorticidade potencial úmida que evolui com o
tempo, associada à intensificação do sistema convectivo que atua nas proximidades da intersecção
X-1, X-2, indicada na Figura 10 (a).
(a) (b)
Figura 11 – Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente e Vorticidade Potencial Úmida, para o dia 04/02/03, 14 UTC (a); idem a anterior, exceto que para 19 UTC (b).
Na Figura 12 também se observa, para o D1 e secção vertical X-2, a redução da corrente
ascendente, acima referida, bem como a evolução da vorticidade potencial úmida. Os vetores da
circulação do vento, dessa secção vertical, mostram claramente o caráter da circulação centrada no
nível de 350 hPa, às 14 UTC. Os ventos dos baixos níveis apresentam componentes
predominantemente de norte para sul, o que, com o suporte da Figura 11, leva a concluir que o
vento era de noroeste nas proximidades da intersecção dos dois planos da secção vertical.
(a) (b) (c)
Figura 12– Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente e Vorticidade Potencial Úmida, para o dia 04 de fevereiro de 2003, 14 UTC (a); idem a anterior, exceto que para 19 UTC (b) e Vetor Circulação, Refletividade e razão de Mistura de precipitação, para o mesmo dia, 19 UTC (c).
A Figura 13 apresenta as secções verticais no plano X-1 para o D2. Nota-se que
aqui, também às 14 UTC, a Figura 13a apresenta uma forte corrente ascendente da circulação nas
proximidades da região costeira do Oceano Atlântico e na fronteira RS/Uruguai, com uma corrente
descendente entre os ramos ascendentes. Os campos da temperatura potencial equivalente
apresentam características semelhantes àquelas já descritas anteriormente para o D1 e a evolução
temporal pode ser vista na Figura 13 (b,c)
(a) (b) (c)
Figura 13–Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente e Vorticidade Potencial Úmida, para 04 de fevereiro de 2003, 14 UTC (a); Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente e Vorticidade Potencial Úmida, para o mesmo dia, 19 UTC (b); idem, para as 20 UTC (c).
Na Figura 14 pode-se observar a configuração do vetor circulação no plano da secção X-2,
D2, em diferentes horários. As componentes verticais da circulação sobre o oceano, às 20 UTC são
bem intensas, assim como a refletividade que se observa nos altos níveis e também junto à
superfície. A circulação apresenta componentes de norte para sul em toda a extensão vertical. Esse
fato, juntamente com os dados da secção X-1, indica que o vento era essencialmente de noroeste.
(a) (b) (c)
Figura 14 - Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente e Vorticidade Potencial Úmida, para 04 de fevereiro de 2003, às 14UTC (a); idem, para as 19 UTC; Vetor Circulação, Refletividade e Razão de Mistura da Precipitação Total, para o mesmo dia, 20UTC.
A Figura 15 apresenta as secções verticais X-1 do D3. A evolução do sistema convectivo
junto à costa, na região de Pelotas, é claramente visível na seqüência das 14 UTC, 19 UTC e 21
UTC, pelas componentes dos vetores da circulação e pelo campo da vorticidade potencial úmida.
(a) (b) (c)
Figura 15 - Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente e Vorticidade Potencial Úmida, para o dia 04 de fevereiro de 2003, às 14 UTC (a); 19 UTC (b); e 21 UTC (c).
Na Figura 16 são apresentadas as secções verticais X-3, cobrindo uma parte da secção vertical
X-1 do D3, para 21, 34 e 45 horas de integração do modelo. Essa secção mostra que a componente
projetada no plano era predominantemente de oeste.
(a) (b) (c)
Figura 16 - Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente e Vorticidade Potencial Úmida –das 21:00 (a), 34:00 (b) e 45:00 (c) horas de integração do modelo.
A Figura 17 apresenta secções verticais de forma aproximadamente paralela à Lagoa dos
Patos e estendendo-se, praticamente, por todo o D3. Assim, elas envolvem uma região topográfica
relativamente complexa do NE do Estado do Rio Grande do Sul. Elas mostram que nos altos níveis,
os ventos são essencialmente de sul, e de norte nos baixos níveis, pelo menos até junto às
montanhas. Às 09 UTC, o sistema passou a apresentar uma configuração totalmente complexa,
com uma forte corrente ascendente nas proximidades de Pelotas e componentes muito pequenas do
vento horizontal projetado nesse plano, ou seja, ventos praticamente perpendiculares ao plano da
secção vertical. Além disso, houve uma crescente instabilidade nos baixos níveis, associada à
evolução dos sistemas convectivos. Uma notável complexidade do sistema convectivo é
apresentada pelo vetor circulação das 00 UTC do dia 5 de fevereiro de 2003.
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
Figura 17 - Vetor Circulação, Temperatura Potencial Equivalente, Vorticidade Potencial Úmida, para as seguintes horas de integração do modelo, a partir das 00 UTC do dia 04 de fevereiro de 2003: 14:00 (a) e 15:00 (b) e Vetor Circulação, Refletividade e Razão de Mistura da Precipitação Total, para as seguintes horas de integração do modelo: 16:00 (c), 20:00 (d), 21:00 (e) e 00 do dia 05 de fevereiro de 2003 (f). Precipitações
A precipitação total acumulada, de 00 UTC às 08 UTC, do dia 04 de fevereiro de 2003,
apresentada na Figura 16, mostra claramente que no D1 ela sequer foi detectada na região sul do
Estado do Rio Grande do Sul, e que na região da Bacia do Plata, o acumulado foi de 10 a 14 mm.
No D2 ela foi detectada, porém com magnitudes da ordem de 2 a 6 mm e na região da Bacia do
Plata, da ordem de 14 a 18 mm. No D3, a região sul apresentou alguns locais relativamente esparsos
com precipitação entre 6 e 10 mm, e outros em que chegou até mesmo a superar 10 mm, no ponto
mais a oeste do sistema convectivo com a forma de U invertido nas proximidades da cidade de
Pelotas (Lat: 31,52 S, Long: 52,21 O). O sistema convectivo mais intenso, apresentado na região da
Bacia do Plata, começou a se manifestar às 04 UTC e tornou-se mais intenso apenas às 05 UTC.
Assim sendo, pelos resultados do D2, chega-se à conclusão de que a precipitação média foi da
ordem de 5 mm/hora; ou seja, não foi tão vigorosa.
Nas apresentações que se seguem, o Uruguai será denotado por URU.
Figura 18 – Precipitação Total Acumulada de 00 UTC a 08 UTC, de 04 de fevereiro de 2003.
Na Figura 19 são apresentados os totais acumulados, entre 09 e 10 UTC do dia 04 de
fevereiro. O D1 apresentou um máximo, no RS de 3 a 4 mm e no URU, entre 4 a 5 mm; o D2 com
máximos de 6 a 8 mm no RS e 5 a 6 no URU e no D3, um máximo de 9 a 10 mm se encontra na
parte sul, a NO da cidade de Pelotas.
Figura 19 - Precipitação Total Acumulada em 1 hora, de 09 UTC a 10 UTC de 04 de feverereiro de 2003 nos três domínios.
Na Figura 20 são apresentados, seqüencialmente, os totais acumulados em uma hora, para
19, 20, 21 e 22 UTC do dia 04 de fevereiro de 2003. Como se observa, o sistema provocou
precipitações localizadas muito intensas, particularmente nas proximidades da parte Sul da Lagoa
dos Patos, chegando a até 10 mm por hora. Na Figura 21 é apresentado o total acumulado nas
últimas 3 horas, de 19 a 22 UTC do dia 4 de fevereiro de 2003; e na Figura 22, o total acumulado
em 24 horas. O total acumulado em 3 horas mostra que ocorreram precipitações resultantes de
células convectivas muito ativas, nas proximidades do litoral que fica ao longo do meridiano que
passa por Pelotas. Observa-se que na região do extremo sudoeste não houve precipitação alguma
durante esse período, e que os locais com maiores valores totais de precipitação acumulada não se
localizam propriamente sobre a cidade de Pelotas.
(a) (b) (c)
Figura 20 – Precipitação Acumulada em 1 hora em 04 de fevereiro de 2003, para os seguintes horários: (a) 19 UTC, (b) 20 UTC, (c) 21 UTC e (d) 22 UTC.
(d) Figura 21 – Precipitação a- Fig. 22 – Precipitação acu-
cumulada nas últimas 3 ho- mulada nas últimas 24 horas, ras, 04/02/03, 22 UTC. 04/02/03, 23 UTC.
As análises revelaram que relativamente aos totais acumulados, entre 19 UTC e 20 UTC do
dia 04 de fevereiro de 2003, o D1 apresentou um máximo no RS de 5 a 6 mm e no URU, entre 3 a
4 mm; no D2 observam-se máximos de 9 a 10 mm, no RS e no URU, entre 5 e 6 mm.
No dia 5 de fevereiro de 2003, o modelo apresentou as precipitações horárias acumuladas,
que são ilustradas na Figura 23, para as 12, 13 e 14 UTC. Nas proximidades de Pelotas, a ocorrência
da precipitação com maior intensidade, superior a 15 mm/h, ocorreu às 13 UTC; e o total
acumulado, em 4 horas, entre 12 e 16 UTC foi superior a 30 mm, conforme ilustrado na Figura 24.
A partir das 15 horas o sistema enfraqueceu na região Leste de Pelotas. Na Figura 24 (b), os totais
acumulados mostram que houve regiões em que os sistemas convectivos se desenvolveram e
provocaram muita precipitação durante as últimas 4 horas do dia.
(a) (b) (c)Figura 23 – Precipitação acumulada em 1 hora, 05/02/03: (a) 12 UTC, (b) 13 UTC e (c) 14 UTC.
(a) (b) Fig. 24 – Precipitação total acumulada, 05/02/03: (a) 12 a 16 UTC, (b) 19 a 23 UTC.
Na Figura 25 são apresentados os totais acumulados em 44 horas para o D1, e nas últimas 24
horas para o D2 e o D3, até às 20 UTC do dia 5 de fevereiro. Nota-se que todas as figuras
apresentam máximos que superam 40 mm, o que evidencia, para a região de Pelotas, uma boa
representação das chuvas que foram registradas naquela área. Observa-se, também, na Figura 25,
que há uma parte do RS, localizada na fronteira oeste com a Argentina, que não chegou sequer a ter
desenvolvimento convectivo de qualquer natureza. Aparentemente, há uma faixa aproximadamente
zonal, com leve inclinação oeste/noroeste, em que há uma predominância dos sistemas convectivos.
Este fato revela o que muitas vezes ocorre nos períodos de estiagem no RS, onde o setor
oeste/noroeste do Estado é muito prejudicado, do ponto de vista da precipitação, devido à
ocorrência de secas, ou seja, ausência de precipitação.
Figura 25 – Precipitação Total Acumulada em 44 horas no D1; e nas últimas 24 horas nos domínios
D2 e D3, para 05 de fevereiro de 2003 – 20 UTC.
As estruturas dos sistemas convectivos que atuaram no Estado do Rio Grande do Sul, durante
o período já apresentado, mostram claramente que as precipitações não foram tão uniformemente
distribuídas (D3), como aparentemente é apresentado no D1 ou até mesmo no D2.
Na Figura 26 são apresentados os totais acumulados, entre 22 e 23 UTC do dia 05 de
fevereiro. O D1 apresentou um máximo, no RS de 3 a 4 mm e no URU, entre 2 e 3 mm; o D2 com
máximos de 5 a 6 mm, no RS e, no URU, de 6 a 9 mm e o D3, máximo de 10 a 11 mm no RS.
Figura 26 - Precipitação Total Acumulada em 1 hora, de 22 UTC a 23 UTC de 05 de fevereiro de 2003.
Na Figura 27 são apresentados os totais acumulados, entre 23 UTC e 24 UTC do dia 05 de
fevereiro de 2003. O D1 apresentou, no RS e no URU um máximo entre 4 e 5 mm; o D2 com
máximos de 8 a 9 mm, no RS e de 5 a 6 mm, no URU e no D3, máximo de 10 a 11 mm no RS.
Figura 27 – Precipitação Total Acumulada em 1 hora, de 23 UTC a 24 UTC, de 05 de fevereiro de 2003.
CONCLUSÃO
Os sistemas de mesoescala que se desenvolveram no Estado do Rio Grande do Sul e no
Uruguai, particularmente nas proximidades da cidade de Pelotas, durante o período de 3 a 5 de
fevereiro de 2003 foram avaliados utilizando resultados do processamento do modelo de
mesoescala MM5, obtidos para os dias 4 e 5.
Na descrição da situação sinótica, com o uso de imagens de satélite, foi possível detectar o
caráter convectivo dos sistemas que atuaram na região. Foi verificado também que um aspecto
importante para a manutenção da atividade convectiva na região do Rio Grande do Sul foi a
presença de um escoamento de noroeste, trazendo ar quente e úmido para aquela área.
Os três domínios de integração do modelo MM5 apresentaram dados relativamente coerentes
no que diz respeito à precipitação, muito embora, face às resoluções espaciais distintas, tudo indica
que o de maior resolução (D3) é o que apresentou melhor resultado, quando comparado à
observação de superfície da Estação Agroclimatológica de Pelotas (Convênio EMBRAPA/UFPel).
Os perfís verticais dos regimes de circulação do vetor vento, juntamente com os campos de
temperatura potencial equivalente, vorticidade potencial úmida, refletividade e razão de mistura da
precipitação total, cobrindo os três domínios de integração, permitiram a avaliação dos sistemas
convectivos, dentro das respectivas resoluções espaciais de cada domínio.
Não obstante ainda sejam necessárias constantes avaliações das diversas parametrizações,
além de alteração dos campos das coberturas vegetais e/ou solos, e da assimilação de dados
observados a 4D ou 3D, a performance do modelo foi muito promissora e mostrou a grande
potencialidade em fornecer prognósticos com boa resolução espacial sobre a Região Sul do País.
AGRADECIMENTOS
O primeiro autor agradece à Universidade de Aveiro pelos suportes financeiros
proporcionados à realização do trabalho.
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